[論文レビュー] 3- and 4-Body Final States in B, D and tau Decays about Features of New Dynamics with CPT Invariance or "Achaeans outside Troy"

I. I. Bigi|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、CPおよびCPT不変性、クォーク-ハドロン双対性、フレーバー対称性を活用して、標準模型を超える新しい力学を探索するため、B、D、τの3体および4体最終状態を調査する。特に、標準模型と新しい力学の振幅の干渉を伴う排他的崩壊におけるCP非対称性が、新しい物理に極めて感受性が高く、CPT不変性がDおよびτ崩壊において重要な相関関係を提供し、間接的暗黒物質および新しい力学の探索に役立つことが強調されている。

ABSTRACT

The 'landscape' of fundamental dynamics has changed even for the 'known' matter. The Standard Model has produced at least the leading source of CP violation (CPV) in B decays; the data have not shown CP asymmetries in $D$ transitions. It needs more data and better technologies to understand the underlying forces. Probing three- and four-body final states in $B$ & $D$ & $τ$ decays with better accuracy is crucial about the existence and the features of New Dynamics. Theoretical tools produced about MEP will show even more about HEP in the future. We have to work on the {\em correlations} between different final states on several CKM levels and the connection between known matter and Dark Matter in indirect ways. CPT invariance is usable in $D$ and $τ$ decays.

研究の動機と目的

• B、D、τ崩壊の排他的3体および4体最終状態における新しい力学（ND）の兆候を特定すること。
• CPおよびCPT不変性を、標準模型が小さいCP違反を予測するDおよびτ崩壊において特に新しい物理を探索するためのツールとして活用すること。
• 理論的および実験的精度を向上させ、標準模型の寄与と新しい力学を区別すること。
• 全フレーバー対称性（SU(3)fl、アイソスピン、ちくちく対称性）を用いて、最終状態間の相関関係を調べ、非摂動的QCD効果を制約すること。
• ペングインダイアグラムおよび最終状態相互作用（FSI）が排他的崩壊に果たす役割を評価すること、特にB_s → K⁻π⁺とB_d → K⁺π⁻の比較において。

提案手法

• 3体および4体崩壊におけるCP非対称性の測定を、標準模型と新しい力学の振幅の干渉に依存して新しい物理を探索する手段として用いる。
• CPT不変性を応用して、D⁺ → 3πとD⁺ → πK̄Kの崩壊率を関連付け、Dおよびτ崩壊における新しい力学の間接的制約を可能にする。
• クォーク-ハドロン双対性および有効場理論を用いて、包含的および排他的崩壊率を結びつける。特にペングイン支配の過程において有効である。
• U-およびVスピン、アイソスピンなどのフレーバー対称性技術を用いて、異なる最終状態間の崩壊率を関連付け、対称性の破れを新しい物理のプローブとして定量化する。
• 最終状態相互作用（FSI）を再散乱効果および共鳴状態の寄与を介して分析し、特にB_s → K⁻π⁺およびB_d → K⁺π⁻崩壊において検討する。
• 高次のCKM行列要素パラメータ化（O(λ⁶)まで）を組み込んで、予測を精緻化し、フレーバー変換過程におけるずれの有無を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B、D、τ崩壊の3体および4体最終状態におけるCP非対称性は、標準模型を超える新しい力学を明らかにできるか？
• RQ2 CPT不変性は、直接的CP違反が小さいDおよびτ崩壊において、新しい物理を制約または検出するためにどのように利用できるか？
• RQ3 最終状態相互作用および再散乱は、排他的ハドロン崩壊にどのような役割を果たすか？また、それらはCP非対称性の測定にどのように影響するか？
• RQ4 排他的崩壊におけるU-およびVスピンの破れは、包含的崩壊と比較してどのように異なるか？非摂動的QCDおよび新しい力学に関する何を明らかにするか？
• RQ5 B_s → K⁻π⁺およびB_d → K⁺π⁻の相対的崩壊率は、新しい物理または共鳴状態効果を示唆しているか？

主な発見

• 3体および4体崩壊におけるCP非対称性は、新しい力学に対して非常に感受性が高く、標準模型と新しい力学の振幅が1つずつ干渉するだけで十分である。
• CPT不変性により、Dおよびτ崩壊において重要な崩壊率の相関関係が得られる。たとえばD⁺ → 3πとD⁺ → πK̄Kの間で、新しい物理の間接的プローブが可能となる。
• 排他的崩壊率は最終状態相互作用および再散乱に極めて敏感であり、これらは計算が困難であるが、CP非対称性の正確な予測には不可欠である。
• B_s → K⁻π⁺とB_d → K⁺π⁻の相対的崩壊率は2〜3倍の範囲内にあり、標準QCDの予想を超える可能性のある新しい物理効果または共鳴状態の寄与を示唆している。
• charm崩壊（D）におけるペングインダイアグラムは、m_d、m_s ≪ m_cのため、非摂動的QCD効果が支配的であり、標準模型の予測からずれが見られれば、新しい力学に敏感である。
• LHCbが得たB⁰(s) → K_S h⁺h′⁻（h = π, K）のデータは、複雑な3体最終状態の構造を示しており、再散乱およびCKM抑制された振幅に新しい物理の兆候が含まれている可能性がある。